《Nucleic Acids Research》：Loss of SETDB1-mediated H3K9me3 in human neural progenitor cells leads to transcriptional activation of L1 retrotransposons
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本研究针对人类神经前体细胞中异染色质标记H3K9me3对L1反转录转座子的调控机制这一关键科学问题，通过CRISPRi技术沉默组蛋白甲基转移酶SETDB1，发现H3K9me3缺失可导致进化上年轻的L1元件启动子区CpG DNA甲基化丢失及转录激活，揭示了H3K9me3在维持L1表观遗传沉默中的核心作用，为理解神经发育疾病和衰老相关转录失调提供了新视角。
在人类基因组中，至少有50%的序列由转座元件（Transposable Elements, TEs）组成，其中长散在核元件-1（Long Interspersed Nuclear Elements-1, L1）是唯一具有自主转座能力的反转录转座子家族，约占人类DNA的17%。L1元件的异常激活可能通过插入突变、基因组不稳定等机制引发疾病，因此其转录沉默机制一直是表观遗传学研究的重要课题。在人类体细胞（尤其是神经细胞）中，L1的转录抑制与异染色质标记H3K9me3（组蛋白H3第9位赖氨酸的三甲基化）和CpG DNA甲基化密切相关，然而H3K9me3与DNA甲基化在L1转录调控中的相互作用机制尚不明确。
为回答这一问题，研究人员利用人神经前体细胞（human neural progenitor cells, hNPCs）这一模型，通过CRISPR干扰（CRISPR interference, CRISPRi）技术特异性沉默组蛋白甲基转移酶SETDB1，系统研究了H3K9me3缺失对L1元件的表观遗传状态和转录活性的影响。该研究发表于《Nucleic Acids Research》，揭示了SETDB1介导的H3K9me3在维持L1沉默中的关键作用，并阐明了其通过调控DNA甲基化维持转录抑制的分子机制。
研究主要采用了CRISPRi基因沉默、CUT&RUN（Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease）表观基因组分析、牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technologies, ONT）全基因组DNA甲基化测序、免疫细胞化学、Western blot、RNA测序以及生物信息学分析等方法。其中hNPCs来源于孕后6周的人胎儿脑组织，该时期异染色质和DNA甲基化模式已完全建立。
L1s are covered by H3K9me3 in hNPCs
通过CUT&RUN技术分析hNPCs中H3K9me3的分布，发现76.9%的H3K9me3峰值区域与转座元件相关，其中L1s占比最高（55.3%）。进化上年轻的全长L1（包括人类特异性L1HS和 hominoid特异性L1PA2-L1PA3）几乎全部被H3K9me3覆盖，表明hNPCs是研究L1表观遗传调控的理想模型。
CRISPRi-based silencing of SETDB1 in hNPCs results in a global reorganization of H3K9me3
利用CRISPRi技术沉默SETDB1后，hNPCs仍保持增殖能力和神经前体细胞标志物表达，但H3K9me3峰值减少85.6%，且出现异染色质结构重组，包括着丝粒、端粒等区域出现异常的H3K9me3富集。
Loss of SETDB1-mediated H3K9me3 results in transcriptional activation of L1s
RNA测序分析显示，SETDB1沉默导致3643个TE位点转录上调，其中L1s显著富集。146个全长L1HS-L1PA3元件被特异性激活，且其启动子区H3K9me3丢失、H3K4me3（活跃启动子标记）增加，证实H3K9me3对L1转录沉默的必要性。
SETDB1 regulates the expression of evolutionarily young L1s independently from the HUSH/MORC2 corepressor and the KZNF-TRIM28 pathways
通过对比SETDB1、TRIM28、MORC2单基因及双基因沉默模型，发现HUSH/MORC2和KZNF-TRIM28通路对L1的调控作用有限，表明SETDB1通过独立于已知经典通路的新机制维持L1的H3K9me3修饰。
Loss of H3K9me3 results reduced CpG DNA methylation at L1 promoters
ONT甲基化测序显示，SETDB1沉默虽未引起全基因组DNA甲基化显著改变，但转录激活的L1启动子区CpG甲基化水平显著降低，且伴随5hmC（5-羟甲基胞嘧啶）增加，提示DNA去甲基化可能通过TET（ten-eleven translocation）酶介导的主动过程实现。
Loss of H3K9me3 results in gain of DNA hydroxymethylation
进一步分析发现，激活的L1启动子区5hmC水平升高，而DNMT1（DNA甲基转移酶1）沉默模型未见此现象，证实SETDB1缺失导致的DNA去甲基化是主动过程，而非DNMT1活性丧失的被动结果。
本研究首次在人类体细胞中证明，SETDB1介导的H3K9me3缺失可通过主动DNA去甲基化机制特异性激活进化年轻的L1反转录转座子。这一发现不仅揭示了H3K9me3在维持L1沉默中的核心作用，还提出了异染色质缺失通过影响DNA甲基化状态促进转座子激活的新机制。由于H3K9me3丢失是细胞衰老的典型特征，该研究为理解衰老相关神经退行性疾病中转座子激活的病理机制提供了重要理论依据。
